资源枯竭型城市的工矿废弃地复垦利用综合效益评价——以黄石市七约山矿区为例

彭玉玲， 林爱文， 王珂， 李山勇， 孙铖

(1.武汉大学资源与环境科学学院，武汉 430079；2.教育部地理信息系统重点实验室，武汉 430079；3. 测绘遥感信息工程国家重点实验室，武汉 430079)

资源枯竭型城市的工矿废弃地复垦利用综合效益评价
——以黄石市七约山矿区为例

彭玉玲1，2， 林爱文1，2， 王珂3， 李山勇1，2， 孙铖1，2

(1.武汉大学资源与环境科学学院，武汉 430079；2.教育部地理信息系统重点实验室，武汉 430079；3. 测绘遥感信息工程国家重点实验室，武汉 430079)

工矿废弃地复垦利用对于资源枯竭型城市而言具有重要意义。资源枯竭型城市的工矿废弃地复垦利用综合效益评价能够客观定量地反映土地资源的利用效果。采用2013年最新调查数据，将特尔斐法、层次分析法等传统经典方法与遥感、GIS等新方法相结合，针对工矿废弃地复垦利用的特点，以黄石市七约山矿区为例，重点介绍了资源枯竭型城市工矿废弃地复垦利用综合效益评价的研究思路和评价方法，客观定量地反映了研究区工矿废弃地复垦利用前后综合效益总体指标和单项指标的变化情况。结果表明，该研究区工矿废弃地复垦利用总体效果较好，但部分单项指标分值提高不明显，在今后的实践中应重视经济效益、社会效益、生态效益和景观效益的协调发展。

工矿废弃地；复垦利用；综合效益；定量评价；资源枯竭型城市

0 引言

工矿废弃地是在工业生产和矿产资源开发利用过程中，由于压占、塌陷、挖损及污染等破坏形成的闲置和废弃土地，包括露天采场、排土场、废石场、矸石场、尾矿场、废渣堆、塌陷区、地面沉降变形区、重金属污染损毁地以及交通、水利等基础设施废弃地等。工矿废弃地复垦有利于土地资源的集约化和合理高效利用、耕地保护和矿山生态环境的治理及恢复、拓展用地空间，保障经济社会又好又快发展。资源枯竭型城市工矿废弃地复垦利用综合效益评价是对工矿废弃地复垦利用效果的定量描述，可从整体和部分2个层面指导工矿废弃地复垦利用工作，提高资源枯竭型城市土地利用的综合效益。

目前，一些学者对废弃地复垦进行了多方面的探讨，主要围绕基础理论研究[1]、土地利用评价[2]、景观生态建设[3-4]、重金属污染分析[5]、土壤微生物研究[6]、土地生产力变化[7]、政策法规比较[8]、具体案例应用[9-10]等内容开展。研究内容已初步形成了较完整的理论体系，研究方法逐步向与GIS结合的动态模型化与空间决策化方向发展[11-12]，研究数据精度越来越高。但目前将遥感、GIS等新方法与特尔斐法、层次分析法(analytic hierarchy process，AHP)等传统方法相结合，并对综合指标以及单项指标进行定量评价和对比分析的研究较少[13-14]，且缺乏针对资源枯竭型城市以及工矿废弃地特色开展的研究，研究方法的实用性和研究结果的准确性也有待进一步检验。

本研究针对资源枯竭型城市以及工矿废弃地的特色，以黄石市七约山矿区为例，将遥感、GIS等方法与传统方法相结合，进行工矿废弃地复垦利用综合效益及单项指标的定量评价，并对工矿废弃地的内涵进行了探讨。本文将特尔斐法和AHP法相结合，提出一种能描述各评价指标复杂关系的数学模型与计算方法。

1 研究区概况与数据源

1.1 研究区概况

湖北省黄石市是一个典型的资源型城市。研究区(七约山矿区)位于湖北省黄石市阳新县金海煤炭开发管理区内，行政区划属阳新县管辖。矿区中心地理位置：E115°11′22.5″，N30°05′20″。目前研究区土地利用类型主要为工矿废弃地，总面积为282.77 hm2，主要包括由于历史原因无法确定土地复垦义务人的工矿废弃地、国有矿山企业遗留的工矿废弃地、因矿产资源开采受到严重影响的损毁地、闲置工矿用地及交通水利设施废弃地。

1.2 数据源

本研究基础数据主要有土地利用数据、社会经济数据及问卷调查数据3类。其中，土地利用数据主要来源于黄石市阳新县国土资源局提供的2009年阳新县第二次全国土地调查(简称“二调”)数据、2011年阳新县土地利用变更调查数据、2012年研究区实测地形数据、2013年研究区遥感监测数据、2013年研究区补测地形数据、阳新县土地利用总体规划(2006—2020年)、阳新县工矿废弃地复垦利用试点规划(2012—2015年)、阳新县2013年度第一批工矿废弃地复垦利用试点项目区实施规划、研究区现场踏勘与测试数据等。社会经济数据主要来源于2011 年阳新县统计年鉴。问卷调查数据主要来源于湖北省高校与研究机构中从事经济、环境、资源、生态、人文社科领域研究的专家对指标权重的打分值，以及2013年工矿废弃地复垦利用前后对研究区5个村300家农户进行的入户调查、补充调查中的指标打分值。

研究区现状图按照1∶2 000地形图的精度要求进行测图。对照“土地利用现状分类(过渡期)”与“土地利用现状分类(二调)”的转换关系，将研究区土地利用类型重新划分为耕地、园地、林地、其他农用地、城镇、农村居民点、其他建设用地、水域、未利用地共9类，并将矢量数据转换为5 m×5 m 的栅格数据，基于ArcGIS9.3，MapGIS6.7及Surfer10等工作平台进行数据处理与分析。

2 研究方法

首先，采用遥感和GIS的方法，对研究区基础数据和资料进行处理，结合研究区数字高程模型(digital elevation model，DEM)进行辅助评价和分析；然后，根据国家土地开发整理编制规程和土地复垦技术标准，运用特尔斐法与层次分析法建立评价指标体系、确定评价指标权重、建立评价模型；最后，计算得出综合效益评价指标分值。

2.1 判读研究区数据和生成DEM

利用研究区遥感数据和1∶2 000地形图(1980年北京坐标系、高斯克里格投影、等高距1 m)以及最新补测高程数据，将地形图中的等高线和参考点进行栅格化处理(栅格单元为5 m×5 m)，生成研究区数字高程模型图，并将其与研究区土地利用现状数据叠加，生成研究区工矿废弃地复垦前土地利用三维效果图(图1)，为研究区工矿废弃地复垦利用综合效益评价提供清晰直观的数据支持和评价依据。

图1 工矿废弃地复垦前三维效果图Fig.1 3D map of the mining wasteland before reclamation

2.2 构建评价指标体系

工矿废弃地复垦利用综合效益评价指标应从经济效益、社会效益、生态效益及景观效益4个方面来考虑。经济效益是对土地进行资金、劳动及技术等的投入所获得的效益，表现为土地复垦后产量增加、生产成本降低等。社会效益是对社会环境系统的影响和产生的宏观社会效应，反映复垦对实现农村经济发展、缩小城乡差距等所作贡献与影响的程度。生态效益反映土地复垦对区域内水资源、土壤、植被、生物等产生的诸多直接或间接、有利或有害的影响，要求在保护和改善生态环境的前提下进行复垦，避免造成新的生态破坏。景观效益反映土地复垦后“田成方、树成行、渠相通及路相连”的美妙景观，会给当地居民带来愉悦的心情，提高居民的生活质量，改善其生存环境[13,15]。

为了将上述指标的相互联系有序化，首先建立一个3层次的工矿废弃地复垦综合效益评价指标体系。该体系由目标层、准则层和方案层构成。将工矿废弃地复垦综合效益定为目标层，经济效益、社会效益、生态效益和景观效益定为准则层，各单项指标定为方案层。层次结构如图2所示。

图2 工矿废弃地复垦利用综合效益评价指标体系

Fig.2 Comprehensive benefit evaluation index system of the mining wasteland reclamation and utilization

2.3 确定评价指标权重

采用特尔斐法和层次分析法确定指标权重。首先通过广泛征询专家意见，并进行多次反馈和统计汇总，对所列指标逐层进行两两重要程度比较，从而逐层进行判断评分，构造判断矩阵; 然后在MATLAB中输入各判断矩阵，计算求得对应的特征向量和最大特征根；最后通过一致性检验，得到单项指标对总目标的重要性权值，确定工矿废弃地复垦综合效益评价各级指标权重。

2.4 量化评价指标分值

综合考虑各评价指标的质量和数量，将各指标转化为可运算的分值。取研究区各指标的平均值为基数，指标值高于平均值40%为最优，定为100分；高于平均值30%为优，定为90～99分；高于平均值20%为良好，定为80～89分；高于平均值10%为一般，定为70～79分；位于平均值上下浮动10%范围内为合格，定为60～69分；低于平均值10%以下为不合格，定为0～59分[13]。

2.5 建立评价模型

根据各级指标确定的得分值A与权重B，建立工矿废弃地复垦利用综合效益评价的数学模型，即

(1)

式中：C为综合效益评价的综合得分值；Ai为某单元第i个评价指标的分值；Bi为第i个评价指标权重；n为评价指标的个数；i=1，2，3，…，n。

2.6 计算指标分值

根据上述模型，将各指标量化分值乘以其对应权重，即可得到各项指标对应的效益评价加权量化分值；将各指标量化分值进行相加，即可得出研究区工矿废弃地复垦利用综合效益评价分值。各指标加权量化分值考虑了该指标对总目标重要性的质量量化表达，综合分值则考虑了所有指标相互作用后的总分值。因此，本方法既能体现单一指标的变化情况，又能综合反映多指标的变化关系。

3 结果与讨论

3.1 综合效益分析

根据基础资料数据分析和专家调查结果，确定了资源枯竭型城市工矿废弃地复垦利用综合效益评价的指标体系、各指标权重和相应的分值。经过模型计算，得出研究区工矿废弃地复垦利用前后综合效益评价分值，如表1所示。

表1 工矿废弃地复垦利用综合效益评价分值Tab.1 Comprehensive benefit evaluation scores of the mining wasteland reclamation and utilization

续表

评价结果表明，研究区工矿废弃地复垦前土地利用综合效益较差；复垦后土地利用综合效益较好，综合效益评价分值较复垦前提高了38.31分，综合效益提高幅度较大，表明工矿废弃地复垦利用达到了较好的效果，在很大程度上改善了研究区土地利用状况，从而促进了资源枯竭型城市土地资源的合理高效利用。

3.2 单项指标变化情况分析

从复垦前后各单项指标效益评价分值的对比(图3)可以看出，复垦后各单项指标效益评价分值普遍高于复垦前。经济效益评价指标(Q1—Q5)分值明显提高，尤其是土地生产率(Q1)和土地利用率(Q5)2项指标有较大幅度提高；社会效益评价指标(Q6—Q12)分值有所提高，但变化幅度不明显，其中人均耕地面积(Q7)提高幅度相对显著；生态效益评价指标(Q13—Q17)分值有一定提高，其中抗旱涝灾害率(Q16)提高幅度最为明显；景观效益评价指标(Q18—Q22)分值有一定提高，其中耕地、园地、林地等景观生态用地面积(Q18)提高幅度相对较大。

图3 工矿废弃地复垦利用前后单项评价指标效益分值比较Fig.3 Comparative evaluation scores of individual benefits before and after the mining wasteland reclamation

从各单项指标分值变化情况可以看出，研究区工矿废弃地复垦利用并不能使综合效益评价各项指标都得到显著提高。根据工矿废弃地的特色，个别指标在土地利用状况改善的同时会得到大幅度的提高，如土地生产率(Q1)、土地利用率(Q5)、抗旱涝灾害率(Q16)等；而另一些指标却受工矿废弃地复垦利用影响较小，如就业率(Q8)、扶贫效果(Q9)、土地权益保护状况(Q11)、土地垦殖率(Q13)及生物多样性状况(Q17)等。

3.3 指标变化原因分析

1)经济效益指标中，由于复垦前工矿废弃地没有得到充分利用，土地生产率(Q1)、农业年产值(Q2)、有效耕地面积(Q4)和土地利用率(Q5)较低；由于土壤和水分条件较差，生产成本(Q3)较高。经过各种修复和改良措施(包括工程措施、物理措施、化学措施及生物措施等)，改善了研究区农作物种植条件，复垦后工矿废弃地得到充分利用，各项指标分值大幅提高。

2)社会效益指标中，由于复垦前农民就业和收入主要依靠外出打工，人均收入水平(Q6)和就业率(Q8)比较有保障；由于政府支持，扶贫效果(Q9)较好；研究区土地主要为集体所有，土地权益保护状况(Q11)较好；但由于研究区土地主要为工矿废弃地，故人均耕地面积(Q7)较少，农村城镇化水平(Q10)较低，农田基础设施状况(Q12)较差。复垦后通过土地平整工程、田间道路工程和农田水利工程等布局，使研究区地尽其用，社会效益整体提高，但个别指标由于提升空间小，故提高幅度不明显。

3)生态效益指标中，由于研究区挖损、压占、塌陷等原因造成土地闲置、废弃，农田水利设施等荒废失修，土地垦殖率(Q13)、林草覆盖率(Q14)、耕地有效灌溉率(Q15)、抗旱涝灾害率(Q16)较低，生物多样性状况(Q17)较差。复垦后研究区土地类型以耕地为主，农田水利设施连通性较好，生态效益整体提高，个别指标提高幅度较大。

4)景观效益指标中，通过土地平整、道路和水利设施布局、树种栽培及观景台布置等措施，使研究区景观生态用地面积(Q18)、道路水系连通度(Q19)、道路密度指数(Q20)、田块规整率(Q21)、土地平整率(Q22)以及整体景观效果得到明显提高。

通过复垦前后各单项指标变化的原因分析，在实践中有针对性地对个别指标加以改进，从而使工矿废弃地复垦利用综合效益整体提高，实现经济效益、社会效益、生态效益及景观效益协调发展的目标，各指标在数量和质量上同时得到稳步提高。

3.4 工矿废弃地复垦利用效果可视化表达

将研究区DEM数据与工矿废弃地复垦利用规划设计数据相叠加，可得到研究区工矿废弃地复垦后三维效果图(图4)，从而更直观地反映研究区工矿废弃地复垦利用整体效果。

图4 工矿废弃地复垦后三维效果图Fig.4 3D map of the mining wasteland after reclamation

从图4中可以看出，研究区废弃土地得到了很好的利用，形成了田成方、路成网、林成行、沟相通、渠相连、旱能浇及涝能排的高效农用地，景观效果大大提高，工矿废弃地复垦利用总体效果得到较大提升。工矿废弃地复垦工作达到了提高耕地质量、确保粮食安全、改善生态环境、提高农民整体生活水平的目的，该工作可以在资源枯竭型城市中推广展开。

4 结论与展望

1)针对资源枯竭型城市工矿废弃地复垦利用的特点，建立了综合效益评价的指标体系和数学模型，综合考虑了各层次各因素对评价结果的影响，并采用遥感、GIS等方法使该模型与研究区土地利用现状数据相结合，定性、定量地对研究区工矿废弃地复垦利用经济效益、社会效益、生态效益和景观效益进行了评价和分析。

2)研究结果既能表明研究区工矿废弃地复垦利用的综合效益，也能反映单个指标的变化情况，有助于客观定量地对工矿废弃地复垦利用整体和局部效果进行分析和监测，在实践中指导土地利用经济效益、社会效益、生态效益和景观效益的协调发展。

3)黄石市七约山矿区这一具体案例的应用情况表明，本研究能方便、快速及准确地为研究区提供规划决策的理论依据和数据支持，对土地复垦相关工作和研究具有一定的参考价值，研究模型与方法具有很好的应用前景。

4)本文对工矿废弃地的概念进行了界定，但未对其分类体系等内容进行深入的梳理和探讨，有待在今后的研究中进一步修订和完善。

5)由于目前我国工矿废弃地复垦利用仍处于试点阶段，其复垦利用综合效益评价的方法和指标体系的构建仍有待进一步研究和探讨，本文所提出的评价方法和指标体系是对资源枯竭型城市工矿废弃地复垦利用综合效益评价的一种尝试，没有进行多种方法的比较和分析，有待在今后的研究中展开更深入的探索。

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(责任编辑：李瑜)

Comprehensive benefits evaluation of mining wasteland reclamation and utilization in resource-exhausted cities: A case study of the Qiyueshan mining area, Huangshi City

PENG Yuling1,2, LIN Aiwen1,2, WANG Ke3, LI Shanyong1,2, SUN Cheng1,2

(1.SchoolofResourceandEnvironmentScience,WuhanUniversity,Wuhan430079,China; 2.KeyLaboratoryofGeographicInformationSystem,MinistryofEducation,Wuhan430079,China; 3.StateKeyLaboratoryofInformationEngineeringinSurveying,MappingandRemoteSensing,Wuhan430079,China)

The mining wasteland reclamation and utilization proposed in the past two years are of great importance for resource-exhausted cities. The comprehensive benefits evaluation of mining wasteland reclamation and utilization in resource-exhausted cities can objectively quantify the effects of land resources utilization. This study adopted the latest survey data in 2013, integrated the traditional classic methods such as Delphi and AHP with the new methods such as remote sensing and GIS, and took the Qiyueshan mining area of Huangshi City as the study area. According to the characteristics of mining wasteland reclamation, this paper deals with the research idea and evaluation method of the comprehensive benefits evaluation of the mining wasteland reclamation and utilization in the resource-exhausted city, which reflect the overall effect and individual indicator changes of mining wasteland before and after reclamation objectively and quantitatively. The results show the good overall effect of the study area’s mining wasteland reclamation and utilization, except that the improvement of some monomial index scores is not obvious. Due attention should be paid to the coordinated development of the economic, social, ecological and landscape benefits in future practices.

mining wasteland; reclamation and utilization; comprehensive benefits; quantitative evaluation; resource-exhausted cities

2014-04-17；

2014-05-14

国家自然科学基金项目“农业干旱和水文干旱对气象干旱的预警响应模拟研究”(编号：41301586)和国家“十二五”科技支撑计划项目“地理国情监测技术研究”(编号：2012BAJ22B02)共同资助。

10.6046/gtzyyg.2015.03.25

彭玉玲，林爱文，王珂，等.资源枯竭型城市的工矿废弃地复垦利用综合效益评价——以黄石市七约山矿区为例[J].国土资源遥感，2015，27(3)：161-166.(Peng Y L,Lin A W,Wang K,et al.Comprehensive benefits evaluation of mining wasteland reclamation and utilization in resource-exhausted cities:A case study of the Qiyueshan mining area,Huangshi City[J].Remote Sensing for Land and Resources,2015,27(3)：161-166.)

F 301.2; F 323

A

1001-070X(2015)03-0161-06

彭玉玲(1986-)，女，博士生，主要从事GIS 在土地方面的应用研究。Email: yulingpeng@whu.edu.cn。

林爱文(1963-)，男，教授，博导，主要从事遥感与GIS 在土地方面的应用研究。Email: awlin@263.net。